DE2318952C2

DE2318952C2 - Regelbarer Blindleistungskompensator für elektrische Ein- oder Mehrphasenübertragungsnetze

Info

Publication number: DE2318952C2
Application number: DE2318952A
Authority: DE
Inventors: Josef Dipl.-Ing. Oberrohrdorf Käuferle; Konrad Dr.-Ing. Wettingen Reichert
Original assignee: Bbc AG Brown Boveri & Cie 5401 Baden Aargau; BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1973-03-14
Filing date: 1973-04-14
Publication date: 1983-12-29
Also published as: JPS50346A; GB1456575A; BR7401857D0; FR2221838B3; CA1031826A; CH556105A; DE2318952A1; US3942100A; FR2221838A1

Description

Die Erfindung betrifft einen regelbaren Blindleistungskompensator gemäß dem Oberbegriff des An-Spruchs 1.

Die Aufgaben der Blindleistungskompensation in einem elektrischen Energieübertragungssystem sind heute hauptsächlich die Verringerung der Übertragungsverluste und die Einhaltung bestimmter Span- ^b0 nungsgrenzen (Isolations-Koordination). Daneben besteht das Bestreben, die Leitungen möglichst hoch auszunutzen. Dies ist 'vor allem bei langen Leitungen schwierig, da dann de,- Übertragungswinkel unzulässig groß wird und bei Entlastung zu große Blindleistungsänderungen auftreten.

Zur Lösung dieser Probleme wird heute allgemein, wie im CIGRE-Bericht No.402 (1964) von A. Edlinger und Mitberichtern unter dem Titel »Emploi de selfs ä H. T. pour la compensation de lignes de transport ä tres haute tension« beschrieben, eine schwache Ausnutzung der Übertragungsfähigkeit der Leitungen in Verbindung mit Shuntreaktoren zur Begrenzung netzfrequenter und transienter Überspannungen angewendet, wobei, soweit nötig, zusätzlich Reihenkondensatoren zur Verringerung des Leitungswinkeis, d. h. zur Verbesserung der Stabilität der Übertragung, eingesetzt werden.

Ferner wurden u. a. folgende Vorschläge zur Verbesserung der Spannungshaltung in Uberspannungssystemen gemacht: H. Becker und Mitarbeiter beschreiben in ihrem CIGRE-Bericht No.31-13 (Paris, 1972) mit dem Titel »Three Phase Shunt Reactors with Continuously Controlled Reactive Current« einen Reaktor mit Gleichstromvormagnetisiemng, der direkt an der Leitung angeschlossen werden kann. Ein magnetischer Spannungskonstanthalter, bestehend aus einer stark nichtlinearen Drossel mit Ausgleichswicklungen, Parallel- und Reihenkondensatoren und Filtern, der über Transformator ebenfalls an die Sammelschiene angeschlossen wird, wurde von E Friedländer im Aufsatz »Static Network Stabilization«, erschienen im GEC-Journal, 1966, Seiten 58 bis 64, beschrieben.

Aus der CH-PS 5 29 464 ist ein regeibarer Blindleistungskompensator bekannt Dieser i*t aufgebaut aus einem Transformator, der an einem Anschlußpunkt an das Netz angeschlossen ist. Der Transformator speist über seine Sekundärwicklung eine Blindleistungsquelle, die von einer Regeleinrichtung geregelt wird. Die Regeleinrichtung ist ihrerseits von einer Meßeinrichtung, die den Leitungsstrom und die Leitungsspannung am Anschlußpunkt als Meßgrößen erfaßt angesteuert Auf Grund der Sättigungscharakteristik des Transformators kann dieser Blindleistungskompensator nicht direkt an die Leitung, sondern muß über einen Schalter an die spannungsstabilisierte Sammelschiene angeschlossen werden.

Alle Anordnungen, die an iter Sammelschiene angeschlossen sind, können nicht die Einschaltüberspannungen am offenen Leitungsende vollständig begrenzen, so daß nach wie vor Shuntreaktoren notwendig sind. Die Verwendung eines Speisetransformators für den Kompensator erschwert die Funktion durch seine Reaktanz und kann zu harmonischen Schwingungen führen. Selbst die Lösung mit Reaktor und Gleichstromvormagnetisierung, für die die genannten Nachteile nicht gelten, ist in ihrer Wirksamkeit durch die Zeitkonstante des Gleichstromkreises behindert

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Blindleistungskompensator zu schaffen, der auch bei langen Leitungen eingesetzt werden kann.

Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Transformator ein an sich z. B. aus den Brown, Boveri Mitteilungen 8-72, S. 410—415 bekannter Reaktortransformator verwendet ist und daß der Anschlußpunkt jeweils an einem Leitungsende angeordnet ist.

Die Erfindung weist gegenüber dem Stand der Technik folgende Vorteile auf:

Auf Grund der besonderen Eigenschaften des Reaktortransformators kann dieser direkt an die Leitung angeschlossen werden. Der Blindleistungskompensator kann damit einen reduzierenden und dämpfenden Einfluß auf alle im Übertragungssystem vorkommenden Ausgleichsvorgänge ausüben, insbesondere hat er die Fähigkeit, sowohl Einschaltüberspannungen als auch temporäre Überspannungen bei Fehlern

begrenzen und gleichzeitig die Stabilität des Ubertragungssystems zu verbessern. Im Gegensatz zu Blindleistungskompensatoren, die gemäß dem Stand der Technik über normale Transformatoren angeschlossen werden, hat der beschriebene Blindleistungskompensator den Vorteil daß von ihm wegen seiner besonderen Magnetisierungscharakteristik keine subharmonischen oder harmonischen Schwingungen angeregt werden. Denselben Vorteil hat er auch gegenüber Kompensatoren mit. ausgeprägtem Sättigungsverhalten oder mit Gleichstromvormagnetisierung. Die Möglichkeit, die Sekundärspannung des Reaktortransformators a (Speisespannung der regelbaren Blindleistungsquelle b) den Erfordernissen anzupassen, erlaubt es in wirtschaftlicher Weise, sehr schnell regelbare Bündleistungsquellen einzusetzen, ohne die Nachteile eines Netztransformators in Kauf nehmen zu müssen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt. Es zeigt

Fi g. 1 ein Schaltschema,

F i g. 2 eine Reaktor-Transformator-Charakteristik.

In F i g. 1 ist mit / ein Übertragungsnetz, mit d ein Anschlußpunkt, mit c eine wahlweise in Stufen schaltbare Kondensatorbatterie, mit a ein Reaktortransformator mit seiner Sekundärwicklung a' mit b eine regelbare Blindleistungsquelle und mit e eine von einer Meßeinrichtung g gespeiste Regeleinrichtung bezeichnet. Alle zum mittelbaren Verständnis des beschriebenen Kompensator nicht notwendigen Konstruktionsmerkmale sind in F i g. 1 fortgelassen worden.

Mittels der Regelsinrichtung e kann, wie später beschrieben wird, die Blindleistungsaufnahme bzw. -abgabe des Kompensators den Notwendigkeiten des Systems angepaßt werden bzw. so geregelt werden, daß bestimmte Wirkungen, wie z. B. konstante Spannung am Anschiußpunkt d, erzielt werden. Der Reaktortransformator a ist ein Hochspannungsshuntreaktor, der mit zusätzlichen, von der Reaktorwicklung isolierten Leistungswicklungen ausgestattet ist. An diese Leistungswicklungen wird die regelbare Blindleistungsquelle b angeschlossen. Zusätzlich kann der Reaktortransformator a noch Ausgleichs- und Regeiwicklungen besitzen. Der Reaktortransformator kann aus einer mehrphasigen Einheit in eineTi Kessel oder aus mehreren einphasigen Einheiten bestehen. Der Reaktortransformator a wirkt wie ein Transformator mit einem sehr großen Magnetisierungsstrom. Fig.2 zeigt vereinfacht die Kennlinie des Mag?etisierungsstroms auf der Primärseite des Reaktortransformators bei Leerlauf (Kennlinie l)und bei induktiver Belastung (Kennlinie 2). Seine Magnetisierungsblindleistung kann vorzugsweise im Bereich zwischen 10% und 300% der Durchgangsleistung liegen. Der leerlaufende Reaktortransformator arbeitet bei Nennspannung im ungesättigten Bereich, d.h. im Bereich lcder Leerlaufkennlinie in Fig.2. Bei einer gewissen Spannung über der Netzspannung tritt eine Sättigung des magnetischen Kreises auf, wobei im Gegensatz zu einem normalen Netztransformator der Magnetisierungsstrom nicht sehr stark ansteigt, wie aus der Kennlinie 1, Bereich \b in Fig. 2 hervorgeht. Die Kennlinie 2 in Fig. 2 zeigt die Stromaufnahme des Reaktortransformators a auf der Primärseite, wenn die Sekundärwicklung a' induktiv, d. h. mit einer Drosselspule, belastet wird, wo'-zei wiederum der Bereich 2a den ungesättigten und der Bereich 2b den gesättigten Bereich der Kennlinie bezeichnet.

Die über den Reaktor¹ t-ansformator a gespeiste

regelbare Blindleistungsquelle b kann auf verschiedene Weise verwirklicht werden und aus einer — oder einer Kombination — der folgenden Anordnungen bestehen: Synchronphasenschieber, thyristorgeschaltete Kondensatoren, thyristorgesteuerte Drosselspulen (Reaktanzen), gleichstromseitig im Kurzschluß betriebene netzkommutierte Stromrichter, künstlich kommutierte Blindleistungsstromrichter, durch Gleichstromvormagnetisierung gesteuerte Drosselspulen (Transduktoren), durch Stufenschalter oder durch einen Regeltransformator gesteuerte Drosselspulen oder Kondensatoren.

Die Regeleinrichtung e geht von Netzgrößen, wie Spannung am Anschiußpunkt d, die durch das Übertragungsnetz /fließende Wirk- bzw. Blindleistung, Frequenz am Anschiußpunkt d bzw. deren Änderung aus. Sie beeinflußt die regelbare Blindleistungsquelle b und die in Stufen schaltbare Kondensatorbatterie c so, daß die für das Übertragungsverhalten des Systems günstigste öiindleistungscharakteristik erzieit wird, insbesondere im Hinblick auf eine -Dämpfung von Ausgleichsvorgängen wie Wirk- und BlindL-istungspendelungen im Übertragungsnetz f. Diese Beeinflussung kann je nach Ausführung der regelbaren Blindleistungsquelle b und der Regeleinrichtung e auch in den einzelnen fhasen unterschiedlich sein.

Bei der Wirkungsweise des Kompensators muß unterschieden werden -".wischen dem Verhalten bei Wanderwellenvorgängen (Einschalten von Leitungen), bei Fehlern wie Lastabwurf, Erdschluß oder Kurzschluß, und bei Leistungspendelungen im Übertragungsnetz / (Stabilität). Bei Wanderwellenvorgängen wirkt der beschriebene Blindleistungskompensator wie ein normaler Shuntreaktor. Er begrenzt die Einschaltüberspannungen entsprechend seiner magnetischen Charakteristik. In dieser Beziehung ist die Wirkungsweise des Kompensators analog zu derjenigen von Shuntreaktoren, wie sie im CIGRE Bericht No. 402 (1964) von A. Edlinger und Mitberichtern mit dem Titel »Emploi des selfs ä H. T. pour la compensation de lignes ä tres haute tension« beschrieben wurde, daß ihre magnetische Charakteristik (vgl. F i g. 2) den gleichen Verlauf aufweist. Damit gelten alle bislang mit Shuntreaktoren gemachten Erfahrungen auch für den beschriebenen Kompensator.

Treten im Übertragungsnetz /"plötzlich Belastungsänderungen auf, z. B. Lastabwurf, Kurzschluß, so wird dessen Blindleistungsbilanz gestört und es kann ein Blindleistungsüberschuß auftreten. Die netzfrequenten Überspannungen, die durch solche Blindlastüberschüsse hervorgerufen werden, müssen nach Möglichkeit verringert werden, um die Isolation der Geräte im Übertragungsnetz /nicht za gefährden. Der beschriebene Koit.ptinsator gemäß F i g. 1 wirkt nun so, daß der Blindleistungsüberschuß in den durch die Auslegung bestimmten Grenzen -ubsorbiert wird. Zu diesem Zweck mißt die Meßeinrichtung g die Spannung am Anschlußpunkt c/und führt sie der Regeleinrichtung e zu, die den Meßwert mit einem Sollwert vergleicht und dann die Blindleistung der regelbaren Blindleistungsquelle b so einstellt, daß möglichst keine Abweichung vom Sollwert auftritt. Die Regelung wird von der magnetischen Charakteristik des Reaktortransformators a (vgl. F i g. 2, Kennlinien 1 und 2) insofern unterstützt, daß bei Anstieg der Spannung über emen, durch die Charakteristik festgelegten Wert, Sättigung eintritt und sich dadurch die Blindleistungsaufnahme zusätzlich erhöht.

Im Anschluß an Fehler, oder aufgrund unzureichend eingestellter Spannungsregler können am Übertra-

gungsnct/ /"angeschlossene Synchrongeneratoren elektromechanische Polradschwingungcn ausführen, wobei im Übertragungsnet/, f starke Wirklastpendelungcn auftreten. Werden diese zu groß, fallen die Generatoren außer Tritt, d. h. sie werden instabil. Da die Lcistungspcndelungcn aber anderseits zur Wiederherstellung der Stabilität notwendig sind, solllc ihnen das Übertragungsnetz /"möglichst wenig Widerstand entgegensetzen. In einem Übertragungsnetz f ohne regelbare Shuntkompensation wird beim Maximum der Leistung ι die Spannung wegen der stark wirklcistungsabhängigcn Blindleistungsaufnahmc der Leitungen reduziert (Mangel an Blindleistung) und die Übertragungsfähigkeit begrenzt. Wird nun die Blindleistungsbereitstellung mit Hilfe des beschriebenen !Compensators dem jeweiligen ι Bedarf des Übertragungsnetzes /"angepaßt, so wird die Übertragurigsfähigkeit bzw. die Stabilität verbessert. Bei der oben beschriebenen Funktionsweise der Regeleinrichtung c, die die Spannung konstant zu halten versucht, geschieht dies automatisch, indem durch Zusatzsignale in der Regeleinrichtung c die Blindleistung zeitweilig noch von anderen Netzgrößen, wie WirklastfluD im Übertragungsnetz /Oder Frequenz bzw. deren zeitliche Änderung am Anschlußpunkt dabhängig gemacht wird, kann neben der Verbesserung der Übertragungsfähigkeit noch ein dämpfender Einfluß auf die Leistungspendelung und damit eine beschleunigte Rückkehr des Übertragungsnetzes /"in den Normalzustand erreicht werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Regelbarer Blindleistungskompensator fur elektrische Ein- oder Mehrphasenübertragungsnetze, wobei an einem Anschlußpunkt des Netzes ein Transformator angeschlossen ist, der Ober seine Sekundärwicklung eine von einer Regeleinrichtung, die ihrerseits von einer Meßeinrichtung angesteuert ist, geregelte Blindleistungsquelle speist, dadurch gekennzeichnet, daß als Transformator ein Reaktortransformator (a) verwendet ist und daß der Anschlußpunkt jeweils an einem Leitungsende angeordnet ist

Z Regelbarer Blindleistungskompensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel is zum Reaktortransformator (a) eine in Stufen schaltbare Kondensatorbatterie (c) anschließbar ist.

3. Regelbarer Blindleistungskompensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktoriransformator (a) Ausgleichswicklungen oder Regelwickiungen besitzt.

4. Regelbarer Blindleistungskompensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als regelbare Blindleistungsquelle (b) ein Synchronphasenschieber, oder eine thyristorgeschaltete Kondensatorbatterie, oder thyristorgesteuerte Drosselspulen, oder ein gleichstromseitig im Kurzschluß betriebener Stromrichter, oder ein künstlich kommutierter Blindleistungsstromrichter, oder durch Gleichstromvormagnetisierung gesteuerte Drosseln, oder Dros- » sein mit ei^r ausgeprägten Sättigungscharakteristik, oder durch Stufenschalter bzw. durch einen Regeltransformator gesteuerte Drosselspulen oder Kondensatoren dienen.

5. Regelbarer Blindleisturigskompensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als regelbare Blindleistungsquelle (b) eine Kombination von im Anspruch 4 aufgeführten geregelten Blindleistungsquellen (b) dient

6. Regelbarer Blindleistungskompensator nach *o Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Zusatzsignale, abgeleitet von Größen wie dem Wirklastf'uß im Übertragungsnetz (f), der Frequenz oder deren zeitlichen Änderung am Anschlußpunkt (d), in die Spannungssollwertbildung der Regeleinrichtung (e) « eingeführt sind.

7. Regelbarer Blindleistungskompensator nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß jede Phase des Kompensator getrennt geregelt ist.

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